Investigadores chinos trabajarán en baterías de fosfato de litio y titanio resistentes al frío

Es cierto que los problemas de refrigeración de las actuales químicas de las pilas de iones de litio pueden remediarse parcialmente, por ejemplo, con calentadores de pilas adicionales, electrolitos mejorados o revestimientos de los electrodos. Sin embargo, esto aumenta la complejidad, normalmente también los costes, y puede reducir el rendimiento, según un comunicado de prensa de Informationsdienst Wissenschaft.

Un equipo de la Universidad de Donghua y la Universidad de Fudan en Shanghai, así como de la Universidad de Mongolia Interior en Hohhot, han elegido un enfoque diferente para su trabajo: En lugar de tratar los síntomas del "problema del frío" con medidas como el calentamiento de las baterías, quieren resolver la causa. En términos electroquímicos, el menor rendimiento en el frío se debe a la difusión más lenta de los iones de litio dentro del material del electrodo.

Según un artículo publicado en la revista científica alemana 'Angewandte Chemie', han investigado materiales con expansión térmica negativa como materiales para electrodos. La mayoría de los materiales se dilatan al aumentar la temperatura y se contraen al enfriarse. Los materiales con expansión térmica negativa (ETN) hacen exactamente lo contrario, se expanden cuando se enfrían.

Uno de estos materiales es el fosfato de litio y titanio (LTP) con la fórmula LiTi2(PO4)3. En el laboratorio, los investigadores pudieron demostrar las propiedades que confieren al LTP buenas propiedades a bajas temperaturas. La estructura cristalina especial no sólo permite almacenar iones de litio, sino que también se expande a lo largo de uno de los ejes del cristal durante el enfriamiento.

"Mediante análisis espectrométricos y microscópicos de electrones, así como cálculos informáticos, el equipo descubrió que los modos de vibración de los átomos cambian a bajas temperaturas. Por ejemplo, las vibraciones transversales especiales de ciertos átomos de oxígeno se producen con mayor frecuencia. Esto aumenta las distancias entre ellos, agrandando las cavidades de la red y facilitando así el almacenamiento y el transporte de iones de litio", afirma el comunicado de prensa.

Para las pruebas, el LTP se recubrió con carbono, dando lugar al denominado C-LTP. Concretamente, a -10 grados centígrados, aún se podía demostrar el 84% de la velocidad de difusión del valor a 25 grados. Y porque la estructura cristalina abierta del C-LTP a bajas temperaturas debería garantizar una menor expansión del volumen de la célula durante la carga y la descarga, incluso a bajas temperaturas. El estudio menciona por tanto una mejor estabilidad de ciclo de la C-LTP a -10 grados (96,8 % de retención de capacidad a lo largo de 1000 ciclos a 2 C).

La investigación actual ha identificado materiales con expansión térmica negativa como un enfoque prometedor como material de electrodos en baterías de iones de litio para entornos fríos. Pero sigue siendo sólo eso: un enfoque prometedor para futuras investigaciones, y todavía no un material que vaya a sustituir a la calefacción de las baterías de los coches eléctricos en un futuro previsible.

wiley.com, idw-online.de (en alemán)